JP2760116B2 - Solid-state laser device - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、固体レーザ装置に関するものであり、特
に平板状のレーザ媒質を用いた固体レーザ装置に関する
ものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state laser device, and more particularly, to a solid-state laser device using a flat laser medium.
従来、固体レーザ装置としては、楕円形状の反射箱の
各焦点にそれぞれ丸棒（以下、ロツドと称す）状のレー
ザ媒質と励起用ランプを配設したものが知られている
が、この構造では、ロツドの半径方向に温度分布が発生
し、レーザビームが熱レンズ効果を受け、ビーム品質の
劣化が生じるという問題があつた。特に、大出力のレー
ザでは、この問題は顕著となる。上記問題を解決するた
め、レーザ媒質の形状を平板（以下、スラブと称す）状
とするとともに、レーザ媒質内の光路をジグザグ状とす
ることによつて、レーザ媒質内で熱光学歪が相殺される
固体レーザ装置が考えられている。Conventionally, as a solid-state laser device, a device in which a round bar (hereinafter, referred to as rod) -shaped laser medium and an excitation lamp are arranged at each focal point of an elliptical reflection box is known. In addition, there is a problem that a temperature distribution occurs in the radial direction of the rod, the laser beam receives a thermal lens effect, and the beam quality is deteriorated. In particular, this problem becomes remarkable in a high-power laser. In order to solve the above problem, the laser medium is made flat (hereinafter, referred to as a slab) and the optical path in the laser medium is made zigzag, so that thermo-optic distortion is canceled in the laser medium. Solid-state laser devices have been considered.
このような固体レーザ装置は、例えば特開昭60−2546
86号公報に示される。第９図はこの固体レーザ装置の光
学的な構成を示す断面図である。図において（１）は一
組の平行な光学的平滑面（1a）を有し、この面に対して
傾斜角度を有した端面（1b）を有したスラブ型のレーザ
媒質、（２）は上記レーザ媒質（１）の一端面側に配さ
れた全反射ミラー、（３）は上記レーザ媒質（１）他端
面側に配された部分反射ミラーで、上記全反射ミラー
（２）と共に安定型共振器を構成している。（４）は上
記レーザ媒質（１）に励起光を供給するランプ、（５）
はこのランプ（４）とレーザ媒質（１）が収納され、反
射鏡により構成される反射箱、（６）はこの反射箱
（５）の中に導入された水、（７）はレーザの光軸、
（８）は上記部分反射ミラー（３）により出力されるレ
ーザビームである。また、図中のベクトルＰ及びベクト
ルＳは、光軸（７）を面内に有し、かつレーザ媒質
（１）の端面（1b）に対し垂直となるような入射平面
と、光軸（７）とで定義されるものであって、上記入射
平面に対し垂直な方向をベクトルＳ、このベクトルＳ及
び光軸（７）に対しいずれにも垂直な方向をベクトルＰ
とする。Such a solid-state laser device is disclosed in, for example, JP-A-60-2546.
No. 86. FIG. 9 is a sectional view showing an optical configuration of this solid-state laser device. In the figure, (1) is a slab-type laser medium having a set of parallel optical smooth surfaces (1a) and an end surface (1b) having an inclined angle with respect to this surface. A total reflection mirror disposed on one end surface side of the laser medium (1), (3) is a partial reflection mirror disposed on the other end surface side of the laser medium (1), and is a stable resonance mirror together with the total reflection mirror (2). Make up the vessel. (4) a lamp for supplying excitation light to the laser medium (1); (5)
Is a reflector box which houses the lamp (4) and the laser medium (1) and is formed by a reflector, (6) is water introduced into the reflector box (5), and (7) is laser light. axis,
(8) is a laser beam output from the partial reflection mirror (3). Further, the vector P and the vector S in the figure are an incident plane having an optical axis (7) in the plane and perpendicular to the end face (1b) of the laser medium (1), and an optical axis (7). ), And the direction perpendicular to the plane of incidence is a vector S, and the direction perpendicular to both the vector S and the optical axis (7) is a vector P.
And
このように構成された固体レーザ装置は、次のように
動作する。ランプ（４）の発光は、反射箱（５）内で反
射されて、レーザ媒質（１）に吸収され、レーザ媒質
（１）を励起し、光の誘導放出を引き起こす。そして、
この光は全反射ミラー（２）で反射され、レーザ媒質
（１）の端面（1b）で屈折して、レーザ媒質（１）内に
入り、このレーザ媒質（１）の下面（1a）及び上面（1
a）で内部全反射を繰り返して、他端面（1b）に到達
し、この他端面で再び屈折して、部分反射ミラー（３）
に向かい、この部分反射ミラー（３）で反射した光は、
同一光軸（７）を戻る。従つて、安定型共振器内でこの
光軸（７）上を光が往復する間に増幅され、一定以上の
大きさになると、その一部が、部分反射ミラー（３）の
作用により、部分反射ミラー（３）を透過して、レーザ
ビーム（８）として安定型共振器の外部に取り出され
る。The solid-state laser device thus configured operates as follows. The light emitted from the lamp (4) is reflected in the reflection box (5), absorbed by the laser medium (1), and excites the laser medium (1) to cause stimulated emission of light. And
This light is reflected by the total reflection mirror (2), refracted at the end face (1b) of the laser medium (1), enters the laser medium (1), and has a lower surface (1a) and an upper surface of the laser medium (1). (1
The total internal reflection is repeated in a), and reaches the other end surface (1b), where it is refracted again, and the partial reflection mirror (3)
And the light reflected by the partially reflecting mirror (3)
Return to the same optical axis (7). Therefore, when the light is amplified back and forth on the optical axis (7) in the stable type resonator and reaches a certain size or more, a part of the light is partially actuated by the action of the partially reflecting mirror (3). The light passes through the reflecting mirror (3) and is taken out of the stable resonator as a laser beam (8).
上記のようなスラブ形状のレーザ媒質（１）を用いた
固体レーザ装置においては、レーザ媒質（１）の光学的
平滑面が常時冷却されており、レーザ光の光路は、レー
ザ媒質（１）の上下の光学的平滑面で全反射され、ジグ
ザグに進行するので、レーザビームは冷却されたレーザ
媒質（１）表面の低温部分と、レーザ媒質（１）の中心
部分の高温部分を交互に通過することになり熱レンズ効
果を受けず、大出力でも安定したレーザ出力を得ること
ができる。In the solid-state laser device using the slab-shaped laser medium (1) as described above, the optically smooth surface of the laser medium (1) is constantly cooled, and the optical path of the laser light is controlled by the laser medium (1). Since the laser beam is totally reflected by the upper and lower optically smooth surfaces and travels in a zigzag manner, the laser beam alternately passes through the cold portion of the cooled laser medium (1) surface and the hot portion of the central portion of the laser medium (1). As a result, a stable laser output can be obtained even with a large output without being affected by the thermal lens effect.
このような構成された固体レーザ装置においては、通
常レーザ媒質（１）の形状がほぼ矩形であり、Ｓ方向の
幅はＰ方向の厚みの約２〜５倍となつている。そして、
共振器には、安定型が用いられているので、レーザビー
ムのモードは、レーザ媒質（１）の断面形状を反映し
て、矩形の高次モードとなる。例えば、波長が1.06μｍ
のYAG（Yittrium Alminum Ganet）結晶をレーザ媒質
（１）に用いた固体レーザ装置においては、Ｐ方向のモ
ード次数は数十次、Ｓ方向では数百次となり、ビーム発
散角は数mrad〜数十mradと極めて大きくなり、レーザビ
ーム（８）の集束性がよくなかつた。従つて、上記のよ
うな固体レーザ装置においては、大出力のレーザビーム
を安定して出力することはできても、レーザビーム
（８）の集束性が悪いために、微細なスポツトには集光
することができず、精細なレーザ加工に用いるのには限
界が生じていた。In the solid-state laser device configured as described above, the shape of the laser medium (1) is generally substantially rectangular, and the width in the S direction is about 2 to 5 times the thickness in the P direction. And
Since a stable type is used for the resonator, the mode of the laser beam is a rectangular high-order mode reflecting the cross-sectional shape of the laser medium (1). For example, the wavelength is 1.06 μm
In a solid-state laser device using a YAG (Yittrium Aluminum Ganet) crystal as a laser medium (1), the mode order in the P direction is several tens, the direction in the S direction is several hundreds, and the beam divergence angle is several mrad to several tens. mrad, which was extremely large, and the focusing property of the laser beam (8) was not good. Therefore, in the solid-state laser device as described above, even if a high-power laser beam can be output stably, the laser beam (8) has poor convergence. Therefore, there is a limit in using the laser beam for fine laser processing.
本発明は、上記述べた課題を解決するためになされた
もので、高出力にて集束性のよいレーザビームが出力で
き、精細なレーザ加工に用いることのできる固体レーザ
装置を得ることを目的とする。The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a solid-state laser device that can output a laser beam with high convergence at high output and that can be used for fine laser processing. I do.
本発明に係る固体レーザ装置は、一組の対面する光学
的平滑面により長方形の断面形状の長辺方向を形成し、
この光学的平滑面で内部全反射され光路がジグザグ状と
なる平板状のレーザ媒質と、このレーザ媒質を挾んで対
向配置された第１及び第２の全反射ミラーによりレーザ
媒質断面の長辺方向及び短辺方向に対して構成する不安
定型共振器を備え、この不安定型共振器の中抜け状レー
ザビームの断面の長手方向端部の矩形部分を取り出す光
学手段と前記取り出されるビーム以外のビームを吸収す
るダンパーとを有するビーム整形手段を備えたものであ
る。The solid-state laser device according to the present invention forms a long-side direction of a rectangular cross-sectional shape by a set of facing optically smooth surfaces,
A long-side direction of the cross section of the laser medium is formed by a flat-plate-shaped laser medium having an optical path which is totally internally reflected by the optically smooth surface and has a zigzag-shaped optical path, and first and second total reflection mirrors opposed to each other with the laser medium interposed therebetween. And an unstable resonator configured for the short side direction, an optical unit for extracting a rectangular portion at a longitudinal end of a cross section of the laser beam having a hollow shape of the unstable resonator, and a beam other than the extracted beam. A beam shaping means having a damper for absorbing the light is provided.
上記のように構成された固体レーザ装置においては、
不安定型共振器よりビーム整形手段によつて、ほぼ位相
の揃つた平面波のレーザビームが取り出され、レーザビ
ームの発散角が極めて小さくなり、さらに中詰まりのレ
ーザビームに整形されるので、遠視野像における回折に
よるレーザビームの拡がりを低減することができ、集光
性能が向上する。In the solid-state laser device configured as described above,
A laser beam of a plane wave having almost the same phase is taken out from the unstable resonator by a beam shaping means, the divergence angle of the laser beam becomes extremely small, and the laser beam is shaped into a hollow laser beam. In this case, the spread of the laser beam due to the diffraction can be reduced, and the light-collecting performance is improved.
以下、この発明の一実施例を第１図及び第２図に基づ
いて説明する。第１図及び第２図はこの発明の固体レー
ザ装置の上面構成図及び側面構成図を示す。図におい
て、（１）は例えばYAG結晶よりなり、一組の平行な光
学的平滑面（1a）を有し、この光学的平滑面（1a）で内
部全反射されて光路がジグザグ状となるスラブ型のレー
ザ媒質、（４）はこのレーザ媒質（１）に励起光を供給
するランプ、（９）は上記レーザ媒質（１）の一端面側
（1b）に配された第一のミラーで、この実施例では全反
射ミラーよりなるコリメートミラーである。（10）は上
記レーザ媒質（１）の他端側（1b）に配された第二のミ
ラーで、この実施例では全反射ミラーよりなる凹面の拡
大ミラーであり、コリメートミラーと共に負枝の不安定
型共振器を構成している。（11）は第二のミラー（10）
のレーザ媒質（１）間に配され、中心が光軸（７）より
ずれた位置にある矩形の開口部（12）を有する結合ミラ
ーで、光軸（７）に対して略45゜傾斜されている。（1
3）はこの結合ミラー（11）により不安定型共振器より
取り出されたレーザビームを整形する平面ミラーで、上
記結合ミラー（11）と平行に対向配置されている。（1
4）は上記結合ミラー（12）により不安定型共振器の外
部に取り出された余分なレーザビームを吸収するダンパ
ーで、この実施例においては、結合ミラー（11）及び平
面ミラー（13）と共にビーム整形手段を構成する。（1
5）は結合ミラー（13）上に形成された位相調整膜であ
る。An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2. 1 and 2 show a top view and a side view, respectively, of a solid-state laser device according to the present invention. In the figure, (1) is a slab which is made of, for example, a YAG crystal and has a pair of parallel optical smooth surfaces (1a), and the optical path is zigzag-shaped by total internal reflection on the optical smooth surfaces (1a). A laser medium for supplying excitation light to the laser medium (1); (9) a first mirror disposed on one end surface side (1b) of the laser medium (1); In this embodiment, the collimator mirror is a total reflection mirror. Reference numeral (10) denotes a second mirror disposed on the other end (1b) of the laser medium (1). In this embodiment, the second mirror is a concave magnifying mirror composed of a total reflection mirror. A fixed resonator is formed. (11) is the second mirror (10)
A mirror having a rectangular opening (12) whose center is shifted from the optical axis (7), and which is inclined by approximately 45 ° with respect to the optical axis (7). ing. (1
Reference numeral 3) denotes a plane mirror for shaping the laser beam taken out of the unstable resonator by the coupling mirror (11), and is arranged in parallel to the coupling mirror (11). (1
Reference numeral 4) denotes a damper for absorbing an extra laser beam extracted outside the unstable resonator by the coupling mirror (12). In this embodiment, the beam is shaped together with the coupling mirror (11) and the plane mirror (13). Configure means. (1
5) is a phase adjusting film formed on the coupling mirror (13).
このように構成された固体レーザ装置においては、次
のように動作する。ランプ（４）の発光は、レーザ媒質
（１）に吸収され、レーザ媒質（１）を励起し、光の誘
導放出を引き起こす。そして、コリメートミラー（９）
と拡大ミラー（10）によつて負枝の不安定型共振器を構
成しているので、この間を往復するレーザビームは、レ
ーザ媒質（１）によつて増幅され、コリメートミラー
（９）によりほぼ平行なビームとし、拡大ミラー（10）
の近くに往復してくる。そして、結合ミラー（11）の開
口部（12）を通過した光は、再び拡大ミラー（10）によ
り反射され、共振器内を往復する。また、結合ミラー
（11）の反射面により、反射されたレーザビームは、平
行なビームとして不安定型共振器の外部に取り出され
る。そして、取り出されたレーザ光の大部分は、平面ミ
ラー（13）によつて、中詰まりのレーザビーム（８）と
して出射され、結合ミラー（11）における開口部（12）
の長手方向の縁端部付近より反射された余分なレーザ光
はダンパー（14）により吸収され、中詰まりのレーザビ
ームとなりレンズ（図示せず）等により集束され、微細
なレーザ加工等に用いられることとなる。The solid-state laser device configured as described above operates as follows. The light emitted from the lamp (4) is absorbed by the laser medium (1) and excites the laser medium (1) to cause stimulated emission of light. And a collimating mirror (9)
And the magnifying mirror (10) constitute a negative-branch unstable resonator, so that the laser beam reciprocating between them is amplified by the laser medium (1) and substantially parallelized by the collimating mirror (9). Beam and magnifying mirror (10)
Coming and going near Then, the light passing through the opening (12) of the coupling mirror (11) is reflected again by the magnifying mirror (10) and reciprocates in the resonator. The laser beam reflected by the reflection surface of the coupling mirror (11) is taken out of the unstable resonator as a parallel beam. Most of the extracted laser light is emitted as a hollow laser beam (8) by the plane mirror (13), and the opening (12) in the coupling mirror (11) is emitted.
Excess laser light reflected from the vicinity of the edge in the longitudinal direction is absorbed by the damper (14), becomes a solid laser beam, is focused by a lens (not shown), and is used for fine laser processing or the like. It will be.
上記のように構成された固体レーザ装置においては、
スラブ型のレーザ媒質（１）の特徴を生かして、熱レン
ズ効果を受けず、高出力のレーザビームを得ることがで
きるとともに、共振器が、Ｐ方向及びＳ方向ともに不安
定型を構成しているので、ほぼ位相の揃つた平面波のレ
ーザビームとして取り出され、レーザビームの発散角は
極めて小さくなり、非常に集束性の良いレーザビーム
（８）が得られる。第３図（ａ）〜（ｃ）は、Ｉ−Ｉ断
面及びII−II断面によるレーザビームの外形と近視野像
の強度分布及び遠視野像の強度分布の関係を示すもので
あつて、第３図（ａ）に示されるように、拡大ミラー
（10）とコリメートミラー（９）によつて構成される不
安定型共振器の光軸（７）を中心として、矩形の開口部
（12）を有する結合ミラー（11）を挿入すると、外周が
レーザ媒質（１）の断面に、内周が開口部（12）に相似
した中抜けのレーザビームが得られる。この中抜けのレ
ーザビームは、ほぼ位相の揃つたレーザビームではある
が、このまま用いると遠視野像においては、回折による
レーザビームの拡がりが現われる。しかし、この発明で
は、第３図（ｂ）に示されるように第３図（ａ）に用い
られた共振器及び結合ミラー（11）によつて取り出され
た中抜けのレーザービームの一部、つまり長手方向に分
れた片側のみを用いることによつて、ほぼ位相の揃つた
レーザビームが得られ、このようなレーザビームでは、
遠視野像においても回折によるレーザビームの拡がりは
見られず、レーザビームの集束性は良好である。さら
に、上記実施例においては、第３図（ｃ）に示されるよ
うに結合ミラー（11）の開口部（12）の中心を開口部
（12）の長手方向に光軸よりずらすことによつて、結合
ミラー（11）より、長手方向の片側にまとめレーザビー
ムを取り出すことができるので、この光路上に平面ミラ
ー（13）を配置することによつて、中詰まりレーザビー
ムとして出力でき、第３図（ｂ）に示したものと比較し
て、レーザビームの出力は増大する。また、遠視野像に
おいても、回折によるレーザビームの拡がりもなく、集
光性能を向上させることができる。In the solid-state laser device configured as described above,
By utilizing the characteristics of the slab type laser medium (1), a high-power laser beam can be obtained without being affected by the thermal lens effect, and the resonator has an unstable type in both the P and S directions. Therefore, the laser beam is extracted as a plane-wave laser beam having almost the same phase, the divergence angle of the laser beam becomes extremely small, and a laser beam (8) having very good convergence can be obtained. 3 (a) to 3 (c) show the relationship between the outer shape of the laser beam and the intensity distribution of the near-field image and the intensity distribution of the far-field image in the II section and the II-II section. As shown in FIG. 3 (a), a rectangular opening (12) is formed around the optical axis (7) of the unstable resonator constituted by the magnifying mirror (10) and the collimating mirror (9). When the coupling mirror (11) is inserted, a hollow laser beam whose outer periphery is similar to the cross section of the laser medium (1) and whose inner periphery is similar to the opening (12) is obtained. The hollow laser beam is a laser beam having almost the same phase, but if used as it is, the spread of the laser beam due to diffraction appears in the far-field image. However, in the present invention, as shown in FIG. 3 (b), a part of the hollow laser beam extracted by the resonator and the coupling mirror (11) used in FIG. 3 (a), In other words, by using only one side separated in the longitudinal direction, a laser beam having almost the same phase can be obtained. In such a laser beam,
The spread of the laser beam due to diffraction is not observed in the far-field image, and the convergence of the laser beam is good. Further, in the above embodiment, as shown in FIG. 3 (c), the center of the opening (12) of the coupling mirror (11) is shifted from the optical axis in the longitudinal direction of the opening (12). Since the combined mirror (11) can collectively extract the laser beam on one side in the longitudinal direction, by arranging the plane mirror (13) on this optical path, the laser beam can be output as a jammed laser beam. The output of the laser beam increases as compared with that shown in FIG. Also, in the far-field image, the laser beam does not spread due to diffraction, and the light-collecting performance can be improved.
また、一般にＰ軸方向とＳ軸方向の共振器のフレネル
数が異なるため、両方向のビームの発散角に多少のずれ
が生じる。よつて、レーザビーム（８）を伝搬させた
り、レンズで集光させる場合においては、レーザビーム
（８）に異方性が生じ、レーザ加工性能が低下するが、
この実施例においては、第４図に示されるように、例え
ばレーザビームの波長の約1/4の厚みの位相調整膜（1
5）を平面ミラー（13）上に形成し、レーザビーム
（８）のＳ軸方向レーザビームの発散角を適度にずらす
ことによつて、レーザビームの異方性を除去している。
つまり、発散角の小さい方向の波面を位相調整膜により
適度にずらされることによつて、レーザビームの異方性
（８）を除去することができ、レーザ加工性能が向上で
きる。Further, since the Fresnel numbers of the resonators in the P-axis direction and the S-axis direction are generally different, a slight deviation occurs in the divergence angle of the beam in both directions. Therefore, when the laser beam (8) is propagated or condensed by a lens, the laser beam (8) becomes anisotropic and the laser processing performance deteriorates.
In this embodiment, as shown in FIG. 4, for example, a phase adjustment film (1) having a thickness of about 1/4 of the wavelength of the laser beam is used.
5) is formed on a plane mirror (13), and the anisotropy of the laser beam (8) is removed by appropriately shifting the divergence angle of the laser beam in the S-axis direction.
That is, by appropriately shifting the wavefront in the direction of the smaller divergence angle by the phase adjusting film, the anisotropy (8) of the laser beam can be removed, and the laser processing performance can be improved.
第５図及び第６図は、それぞれこの発明の他の実施例
を示すもので、第５図に示される固体レーザ装置のよう
に、ビーム整形手段を構成する結合ミラー（11）は開口
部（12）を有するミラーで無くとも、不安定型共振器内
の平行ビームの一部を取り出せる位置に構成しておれ
ば、単なる平面ミラーでもよい。このように構成された
固体レーザ装置においても、上記実施例の固体レーザ装
置と同様の作用及び効果を示す。また、第６図にしめさ
れる固体レーザ装置のように、第２のミラーが凸面の拡
大ミラー（10）であり、コリメートミラー（９）と共
に、正枝の不安定型共振器を構成しても、上記の実施例
と同様の作用及び効果が、得られることは言うまでもな
い。FIGS. 5 and 6 show another embodiment of the present invention. As in the solid-state laser device shown in FIG. 5, the coupling mirror (11) constituting the beam shaping means has an opening ( Even if it is not a mirror having 12), a simple plane mirror may be used as long as it is configured at a position where a part of the parallel beam in the unstable resonator can be extracted. The solid-state laser device configured as described above exhibits the same operation and effect as the solid-state laser device of the above embodiment. Also, as in the solid-state laser device shown in FIG. 6, the second mirror is a convex magnifying mirror (10), and together with the collimating mirror (9), constitutes a positive branch unstable resonator. It goes without saying that the same operation and effect as in the above embodiment can be obtained.
また、この発明の他の実施例として、第７図（ａ）及
び（ｂ）に示す。この実施例においては、第２のミラー
が、透明なガラス等を基体とし、この基体表面に光軸
（７）より中心がずれた矩形の反射膜（16）と、この反
射膜（16）の周囲は無反射膜（17）が形成された拡大ミ
ラーであり、この拡大ミラー（10）を挾みレーザ媒質
（１）と対向した位置にダンパー（14）が配されたこと
が、第１図及び第２図に示された上記実施例と異なる点
であり、第２のミラーは不安定型共振器の１部を構成す
ると共に、ダンパー（14）と共にビーム整形手段を構成
する。7 (a) and 7 (b) show another embodiment of the present invention. In this embodiment, the second mirror is made of a transparent glass or the like as a base, and a rectangular reflecting film (16) whose center is shifted from the optical axis (7) on the surface of the base; The periphery is a magnifying mirror on which an anti-reflection film (17) is formed. FIG. 1 shows that a damper (14) is arranged at a position facing the laser medium (1) with the magnifying mirror (10) interposed therebetween. The second mirror forms a part of the unstable resonator and also forms a beam shaping means together with the damper (14).
上記のように構成された固体レーザ装置においては、
レーザ媒質（１）で増幅されたレーザ光が、コリメート
ミラー（９）により平行なビームとして、第７図（ｂ）
の一点鎖線で示された矩形のレーザ光となり拡大ミラー
（10）に到達する。この一部は、拡大ミラー（10）上の
反射膜（16）によつて、再び共振器内を往復し、他は無
反射膜（17）の部分より共振器の外部に取り出され、こ
の取り出されたレーザビームの反射膜（16）の長手方向
の縁端部より出力された余分なレーザビームは、ダンパ
ー（14）により吸収され、中詰まりのレーザビーム
（８）に整形され出射されることとなり、結合ミラー
（11）を用いずとも、中詰まりのレーザビームに整形す
ることができ、よつて、この構成の固体レーザ装置にお
いても、上記実施例と同様効果が得られると共に、さら
に装置を簡略化できるので、装置の生産コストが低減で
きる。In the solid-state laser device configured as described above,
The laser beam amplified by the laser medium (1) is converted into a parallel beam by the collimating mirror (9), as shown in FIG.
The laser beam becomes a rectangular laser beam indicated by the one-dot chain line and reaches the magnifying mirror (10). A part of this reciprocates inside the resonator again by the reflection film (16) on the magnifying mirror (10), and the other is taken out of the resonator from the part of the non-reflection film (17). The excess laser beam output from the longitudinal edge of the reflection film (16) of the reflected laser beam is absorbed by the damper (14), shaped into a solid laser beam (8), and emitted. Thus, the laser beam can be shaped into a solid laser beam without using the coupling mirror (11). Therefore, in the solid-state laser device having this configuration, the same effect as that of the above-described embodiment can be obtained, and further, the device can be manufactured. Since it can be simplified, the production cost of the device can be reduced.
さらに、この発明の他の実施例を、第８図に示す。こ
の実施例において、第７図の実施例とは、ビーム整形手
段を構成する第２のミラーである拡大ミラー（10）の矩
形の反射膜（16）の中心が光軸（７）にあり、ダンパー
（14）が上記実施例と比較して、Ｓ軸方向に小さく、こ
の矩形の反射膜（16）背面側に配置されたことと、２つ
の独立したレーザビームを２方向に反射させるミラー
（18）を備えたことが異なる点である、このように構成
された固体レーザ装置においては、拡大ミラー（10）よ
り中抜けのレーザビームが不安定共振器より取りださ
れ、ダンパー（14）により余分なレーザビームは吸収さ
れ、２つのレーザビームとなる。この２つのレーザビー
ムは、方向変更用のミラー（18）によつて、方向をかえ
られ、２つの独立したレーザビーム（８）としてレーザ
加工等に用いることができる。第３図（ｄ）にこのよう
に構成された固体レーザ装置のＩ−Ｉ断面及びII−II断
面によるレーザビームの外形と近視野像の強度分布及び
遠視野像の強度分布を示す。図中に示されるように、中
詰まりのレーザビーム（８）として個々にもちいられる
ので、遠視野像においても回折によるレーザビームの拡
がりもなく、上記と実施例と同様に集光性は良い。FIG. 8 shows another embodiment of the present invention. In this embodiment, the center of the rectangular reflecting film (16) of the magnifying mirror (10), which is the second mirror constituting the beam shaping means, is located on the optical axis (7) with the embodiment of FIG. The damper (14) is smaller in the S-axis direction as compared with the above embodiment, and is disposed on the back side of the rectangular reflecting film (16), and a mirror (2) for reflecting two independent laser beams in two directions. In the solid-state laser device configured as described above, which is different from the solid-state laser device having the configuration (18), the laser beam which is omitted from the magnifying mirror (10) is extracted from the unstable resonator, and the laser beam is removed by the damper (14). The extra laser beam is absorbed and becomes two laser beams. The two laser beams are changed in direction by a direction changing mirror (18), and can be used as two independent laser beams (8) for laser processing or the like. FIG. 3 (d) shows the outer shape of the laser beam, the intensity distribution of the near-field image, and the intensity distribution of the far-field image of the solid-state laser device configured as described above, taken along the II section and the II-II section. As shown in the figure, since the laser beam (8) is used individually as a hollow laser beam, the laser beam does not spread due to diffraction even in the far-field image, and the light-collecting property is good as in the above embodiment.
この発明は以上述べたように、レーザ媒質断面の長辺
方向及び短辺方向に対して構成する不安定型共振器の中
抜け状レーザビームの断面の長手方向端部の矩形部分を
取り出す光学手段と前記取り出されるビーム以外のビー
ムを吸収するダンパーとを有するビーム整形手段が構成
されているので、高出力にて集束性及び集光性の良いレ
ーザビームが出力でき、その結果精細なレーザ加工に用
いることがきる固体レーザ装置が得られるという効果を
有する。As described above, the present invention provides an optical unit for extracting a rectangular portion at a longitudinal end of a cross section of a hollow laser beam of an unstable type resonator formed in a long side direction and a short side direction of a laser medium cross section. Since a beam shaping means having a damper for absorbing a beam other than the beam to be taken out is configured, a laser beam with high power and good convergence and focusing properties can be output, and as a result, used for fine laser processing. This has the effect that a solid-state laser device which can be obtained is obtained.
第１図は本発明の一実施例である固体レーザ装置の上面
構成図、第２図は本発明の一実施例である固体レーザ装
置の側面構成図、第３図はＩ−Ｉ断面及びII−II断面に
おけるレーザビームの外形及び近視野像の強度分布及び
遠視野像の強度分布を説明するための図、第４図は位相
調整膜の構造を示す断面図及び上面図、第５図はこの発
明の他の実施例を示す側面構成図、第６図はこの発明の
他の実施例を示す側面構成図、第７図（ａ）及び第７図
（ｂ）はこの発明の他の実施例を示す側面構成図及びII
I−IIIにおける断面図、第８図はこの発明の他の実施例
を示す側面構成図、第９図は従来の固体レーザ装置を示
す上面構成図を示す。 図において、（１）はレーザ媒質、（９）（10）は不安
定型共振器、（11）（13）（14）はビーム整形手段であ
る。 なお、各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。FIG. 1 is a top view of a solid-state laser device according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a side view of a solid-state laser device according to one embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 4 is a diagram for explaining the outer shape of the laser beam, the intensity distribution of the near-field image, and the intensity distribution of the far-field image in the -II cross section, FIG. FIG. 6 is a side view showing another embodiment of the present invention, FIG. 6 is a side view showing another embodiment of the present invention, and FIGS. 7 (a) and 7 (b) are other embodiments of the present invention. Side view showing an example and II
FIG. 8 is a sectional view taken along the line I-III, FIG. 8 is a side view showing another embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a top view showing a conventional solid-state laser device. In the figure, (1) is a laser medium, (9) and (10) are unstable resonators, and (11), (13) and (14) are beam shaping means. The same reference numerals in the drawings indicate the same or corresponding parts.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−270375（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−270372（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−257382（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−192285（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−124790（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/08────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-1-270375 (JP, A) JP-A-1-270372 (JP, A) JP-A-1-257382 (JP, A) JP-A-63-1987 192285 (JP, A) JP-A-62-124790 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01S 3/08
Claims (1)
の断面形状の長辺方向を形成し、この光学的平滑面で内
部全反射され光路がジグザグ状となる平板状のレーザ媒
質、このレーザ媒質を挟んで対向配置された第１及び第
２の全反射ミラーによりレーザ媒質断面の長辺方向及び
短辺方向に対して構成する不安定型共振器、並びに前記
不安定型共振器の中抜け状レーザビームの断面の長手方
向端部の矩形部分を取り出す光学手段と前記取り出され
るビーム以外のビームを吸収するダンパーとを有するビ
ーム整形手段を備えた固体レーザ装置。1. A flat plate-like laser medium in which a long side direction of a rectangular cross-sectional shape is formed by a set of facing optically smooth surfaces, and the optical path is totally internally reflected by the optically smooth surface and has a zigzag optical path. An unstable resonator constituted by first and second total reflection mirrors opposed to each other with a laser medium interposed therebetween in a long side direction and a short side direction of the cross section of the laser medium; A solid-state laser device comprising: a beam shaping unit having an optical unit for extracting a rectangular portion at a longitudinal end of a cross section of a laser beam and a damper for absorbing a beam other than the extracted beam.
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